(57)【要約】【課題】  メサエッチング溝を浅く形成して発光層を分離しないようにして、メサエッチング段部からの光漏れを防止すると共に、逆メサ部からも個別電極を導出することができるメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイを提供すること。【解決手段】  少なくとも基板１１上に積層された発光層１４と、該発光層１４上に設けられたストッパー層１５とを有し、該ストッパー層１５の基板とは反対側の表面側に相交差するメサエッチング溝を設け、該メサエッチング溝により発光部を一列配置ないしは複数列配置に並ぶように複数個に分離させる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも基板上に積層された発光層と、該発光層上にストッパー層、クラッド層及びコンタクト層を順次有し、該クラッド層及びコンタクト層に相交差するメサエッチング溝が設けられ、該メサエッチング溝により発光部が一列配置あるいは複数列配置に並び、かつ、複数個に分離されていることを特徴とするメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイ。
【請求項２】
前記ストッパー層が前記発光層の前記基板とは反対側の一方の層を兼ねていることを特徴とする請求項１に記載のメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイ。
【請求項３】
前記ストッパー層が隣り合う前記発光部の間の領域において除去されていることを特徴とする請求項１あるいは２に記載のメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイ。
【請求項４】
少なくとも下記（１）〜（５）の工程を有することを特徴とするメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイの製造方法。
（１）基板上に少なくとも発光層を形成する工程、
（２）前記発光層上にストッパー層を形成する工程、
（３）前記ストッパー層上にクラッド層及びコンタクト層を順次積層する工程、
（４）前記クラッド層及びコンタクト層を所定のパターンにエッチングし、相交差するメサエッチング溝を一列配置にあるいは複数列配置に形成して複数のメサ分離された発光部を形成する工程、
（５）前記複数のメサ分離された発光部の各コンタクト層に個別電極を、また前記基板に共通電極を、それぞれ形成する工程。
【請求項５】
前記ストッパー層が前記発光層の前記基板とは反対側の一方の層を兼ねさせたことを特徴とする請求項４に記載のメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイの製造方法。
【請求項６】
少なくとも下記（１）〜（６）の工程を有することを特徴とするメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイの製造方法。
（１）基板上に少なくとも発光層を形成する工程、
（２）前記発光層上にストッパー層を形成する工程、
（３）前記ストッパー層上にクラッド層及びコンタクト層を順次積層する工程、
（４）前記クラッド層及びコンタクト層を所定のパターンにエッチングし、相交差するメサエッチング溝を一列配置にあるいは複数列配置に形成して複数のメサ分離された発光部を形成する工程、
（５）隣り合う前記発光部の間の領域にある前記ストッパー層をエッチングして除去する工程、
（６）前記複数のメサ分離された発光部の各コンタクト層に個別電極を、また前記基板に共通電極を、それぞれ形成する工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイ及びその製造方法に関し、特に電子写真方式を用いたノンインパクトプリンタにおける光書込みヘッド用のメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（light emitting diode：ＬＥＤ）素子は、発光が鮮やかであり、駆動電圧が低く周辺回路が容易になるなどの理由により従来より表示デバイスとしてのみでなく、電子写真方式を採用した光プリンタ等の光源等への応用を目的として、発光ダイオードアレイを用いた光プリントヘッドの研究が盛んに行われている。
【０００３】
自己発光型の発光ダイオードアレイを光源とした光プリンタは、画像信号に応じて発光ダイオードアレイの各ドットを発光させ、分布屈折率レンズなどの等倍結像素子により、感光体ドラム上に露光して静電潜像を形成し、現像器でトナーを選択的に付着させたあと、普通紙などに付着したトナーを転写させることにより印字を行うものである。
【０００４】
この発光ダイオードアレイを用いた露光へッドは、
（１）可動部がなく、かつ構成部品も少ないことから、小型化が可能となる、
（２）発光ダイオードアレイチップを複数個接続することにより、長尺化が容易である、
等の特長を有している。
【０００５】
この種の発光ダイオードアレイとして、メサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイが既に知られている（下記特許文献１及び２参照。）。そこで、本願発明の理解のために、下記特許文献２に開示されているメサ分離型モノリシック発光ダイオードの構成を図３及び図４を用いて説明する。
【０００６】
図３は下記特許文献２に従来例として開示されているメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイの一部を示す図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【０００７】
図３において、メサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイ５０は、個別電極５１、発光ダイオード部５２、オーミックコンタクト電極５３を具備している。この発光ダイオードアレイ５０は、Ｐ型半導体基板（図示せず）の表面に、Ｐ型半導体層５４及びＮ型半導体層５５を順次エピタキシャル成長することにより両者の界面に発光層５６を形成し、次いで、化学エッチングによりメサエッチング部５７を形成してそれぞれの発光ダイオード部５２を分離することにより製造されている。
【０００８】
このメサエッチング部５７の形成時に、発光ダイオード部５２の側面には、III−IＶ属半導体結晶の化学エッチングの異方性のために、順メサ方向エッチング段部５８及び５８’（図３（ｂ）参照）、逆メサ方向エッチング段部５９及び５９’（図３（ｃ）参照）が形成される。この逆メサエッチング段部５９及び５９’ではメサが深くなり、メサの段差で電極が断線する恐れがあるため、電極の引き出し方向を順メサ方向に合わせ、絶縁層６０を介して発光ダイオード部５２の順メサ方向エッチング段部５８’を経て発光領域上の中心に位置するＮ型半導体層５５とのオーミックコンタクト電極５３と接続するようになされている。
【０００９】
このようにして製造されたメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイ５０においては、Ｐ型半導体層５４とＮ型半導体層５５の間に電流を流すと発光層５６において等方的に光を発し、その光は電極５１で被覆されていない発光ダイオード部５２の上面から取り出されるが、順メサ方向エッチング段部５８や逆メサ方向エッチング段部５９、５９’からも光が漏れ出てしまうために、光出力の損失となり、更にはこの漏れ出た光が他のエッチング段部において反射して分散することにより光出力の不均一を引き起こしてしまうという問題点が存在している。
【００１０】
一方、下記特許文献２には、上述のような順メサ方向エッチング段部５８からの光漏れを防止するようになすために、発光ダイオード部５２の順メサ方向エッチング段部５８に露出している発光層５６の全てを個別電極５１で被覆したメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイが開示されている。
【００１１】
図４は、下記特許文献２に開示されているメサ分離型モノリシック発光ダイオードの一部を示す図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図であり、図３に記載のものと同一の構成部分にはそれぞれ同一の符号を付与してその詳細な説明は省略する。
【００１２】
この図４に記載されたメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイ５０’が図３に記載したものと相違している点は、個別電極５１に更に延長部６１を設け、この延長部６１にて発光ダイオード部５２の順メサ方向エッチング段部５８（図４（ｂ）参照）において露出している発光層５６の全てを被覆している点である。
【００１３】
このような構成を採用すれば、一応、順メサ方向エッチング段部５８からの光漏れを防止することができるが、依然として逆メサ方向エッチング段部５９、５９’（図４（ｃ）参照）からの光漏れについては改善されておらず、しかも、逆メサ方向エッチング段部５９、５９’のメサの深さが深いこと及び段差の存在も相まって、逆メサ側に電極を設けようとしても断線しやすいために電極を設けることはできず、発光ダイオードアレイの設計の自由度が少ないという問題点が存在していた。
【００１４】
本発明者は、このような従来のメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイの有する問題点を解決すべく種々検討を重ねた結果、上述の従来技術の問題点は、全て発光部分であるＰＮ接合部もメサエッチングしていることに起因するものであることから、メサエッチング溝を浅く形成して発光層を分離しないようにすれば解決できること、この発光層をメサエッチングしないですむ構成として発光層の上部にストッパー層を設ければ、発光層で発光した光は横方向から外部に漏れることがなくなり、しかも発光層における発光効率にほとんど影響を与えることなく従来技術の問題点を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。
【特許文献１】特公平０３−０６３８３０号公報（４欄２７行〜５欄２４行、図２〜図４）
【特許文献２】特開平１１−０４６０１７号公報（段落［０００３］〜［０００６］、［００１４］〜［００１７］、図１〜図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
すなわち、本発明は、上述のような従来のメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイの問題点を解決した、メサエッチング溝が浅く、発光層が分離されていない構成のメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の上記目的は以下の構成により達成することができる。
【００１７】
すなわち、本発明の第１の態様によれば、少なくとも基板上に積層された発光層と、該発光層上にストッパー層、クラッド層及びコンタクト層を順次有し、該クラッド層及びコンタクト層に相交差するメサエッチング溝が設けられ、該メサエッチング溝により発光部が一列にあるいは複数列に並び、かつ、複数個に分離されていることを特徴とするメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイが提供される。
【００１８】
かかる態様によれば、メサエッチング溝は発光層上のストッパー層までしか形成されていないため、従来の発光層及びその下部のクラッド層までエッチングされているメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイと比すれば、メサエッチング溝が非常に浅くなるので、電極を逆メサ方向から引き出しても断線の恐れが減少し、電極の引き出し方向を順メサ方向へ合わす必要がなくなり、発光ダイオードアレイの設計の自由度が増す。
【００１９】
加えて、発光層は、メサエッチング溝で分離されておらず、従来例のように発光層がメサエッチング溝で分離されていることに起因するメサ側面からの光漏れが非常に少なくなるので、本発明のメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイを光プリンタの光源として使用すると印字への悪影響が減少する。
【００２０】
かかる態様においては、前記ストッパー層を前記発光層の前記基板とは反対側の一方の層を兼ねているものとすることが好ましい。このような構成を採用すれば、前記ストッパー層がＰＮ接合部形成用の一方側のクラッド層を兼ねることができるので、特にストッパ層を設けたことによる層厚の増加を防ぎながら発光効率に与える影響が少ないメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイが得られる。
【００２１】
かかる態様においては、前記ストッパー層が隣り合う前記発光部の間の領域において除去されているものとすることが好ましい。このような構成を採用すれば、前記ストッパー層を介して漏れる電流量を抑制することができるので、漏れ電流に起因する発光強度の低下が少ないメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイが得られる。
【００２２】
また、本発明の態様によれば、メサエッチング溝により発光部が複数列配置に並び、かつ、複数個に分離されていることを特徴とするメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイが提供される。
【００２３】
係る態様によれば、一列配置のものと比すると、より多くの発光ダイオードを同一基板上に形成することができるため、このメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイを光プリンタの光源として使用するとより高密度に印字できるプリンタを形成することができるようになる。
【００２４】
また、係る態様においては、前記複数列配置を千鳥格子状又は階段状配置とすることが好ましい。このような構成となせば、同一列の発光ダイオードアレイ間の隙間を隣り合う列の発光ダイオードアレイの列が埋めるので、同一基板上に更に多数の発光ダイオードアレイを形成することができるため、このメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイを光プリンタの光源として使用すると非常に高密度に印字できるプリンタを形成することができるようになる。
【００２５】
更に、本発明の第２の態様によれば、少なくとも下記（１）〜（５）の工程を有することを特徴とするメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイの製造方法が提供される。
（１）基板上に少なくとも発光層を形成する工程、
（２）前記発光層上にストッパー層を形成する工程、
（３）前記ストッパー層上にクラッド層及びコンタクト層を順次積層する工程、
（４）前記クラッド層及びコンタクト層を所定のパターンにエッチングし、相交差するメサエッチング溝を一列配置に形成して複数のメサ分離された発光部を形成する工程、
（５）前記複数のメサ分離された発光部の各コンタクト層に個別電極を、また前記基板に共通電極を、それぞれ形成する工程。
【００２６】
係る態様においては、前記ストッパー層を前記発光層の前記基板とは反対側の一方の層を兼ねさせることが好ましい。このような方法を採用すれば、容易に前記本発明の第１の態様のメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイを製造することができるようになる。
【００２７】
更に、係る態様においては、前記ストッパー層を前記発光層の前記基板とは反対側の一方の層を兼ねさせたことが好ましい。また、前記複数列配置を千鳥格子状又は階段状とすることができる。このような方法を採用すれば、容易に上記本発明の第１の態様のメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイを製造することができるようになる。
【００２８】
また、本発明の第３の態様によれば、第２の態様に加えて、前記ストッパー層が隣り合う前記発光部の間の領域において除去される工程を追加することができる。このような工程を備えれば、前記ストッパー層を介して漏れる電流量を抑制することができるので、漏れ電流に起因する発光強度の低下が少ないメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイが得られる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によるメサ分離モノリシック発光ダイオードアレイは、発光層がメサエッチング溝により分離されていないので、メサエッチング段部からの光漏れが減少し、加えて、逆メサエッチング段部の高さが従来例に比して低くなっているので、電極を逆メサ方向に配置しても従来例のような断線の可能性は少なくなる。したがって、個別電極は、順メサ方向のみならず逆メサ方向にも引き出すことができるので、メサ分離モノリシック発光ダイオードアレイの設計上の自由度が増加する。
【００３０】
また、隣接する発光部の間にあるストッパー層を除去しておくことによって、漏れ電流の発生を抑制し、発光強度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の具体例をＡｌＧａＡｓ系メサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイの加工プロセスを例に取り、図面を用いて具体的に説明する。なお、図１（ａ）〜図１（ｅ）は各製造工程を説明するための、図３と同様の、中心電極型の１発光素子部分の断面図である。
【００３２】
１．エピタキシャル成長工程
まず、図１（ａ）に示したように、Ｎ型ＧａＡｓ基板１１上に０．２５μｍのＮ型ＧａＡｓバッファ層１２、０．５０μｍのＮ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓクラッド層１３、０．１０μｍのＰ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓストッパー層１５、０．５０μｍのＰ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓクラッド層１６及び０．１０μｍのＰ型ＧａＡｓコンタクト層１７を順次エピタキシャル成長させる。かかる構成では、Ｎ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓクラッド層１３とＰ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓストッパー層１５との間に発光層（ＡｌＧａＡｓ活性層）１４が形成される。なお、Ｎ型ＧａＡｓバッファ層１２とＮ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓクラッド層１３との間に、発光層から下方向（基板方向）に出た光を上方向へ反射して取り出すための層として周知のＤＢＲ層（Distributed Bragg Reflector 層：分布ブラッグ反射層）を形成してもよい。
【００３３】
前記ＡｌＧａＡｓ層の発光波長はＡｌの混晶比で定まるので、これらの各エピタキシャル層の組成は、希望する発光波長によって適宜変更が可能である。例えば発光波長７１０ｎｍの場合、前記ＡｌＧａＡｓ層の組成はＡｌ０．２８Ｇａ０．７２Ａｓとなる。
【００３４】
また、エピタキシャル成長法としては周知のＶＰＥ（気相エピタキシャル）法、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相エピタキシャル）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相デポジション）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル）法、ＭＯＭＢＥ（有機金属分子線エピタキシャル）法、ＣＢＥ（化学ビームエピタキシャル）法を適宜採用することができる。更に、ここではＮ型ＧａＡｓ基板上に各種エピタキシャル層を成長させたが、Ｐ型ＧａＡｓ基板を使用することもでき、この場合はそれぞれのエピタキシャル層の導電型を逆のものとすればよい。
【００３５】
２．発光部形成工程（第1のエッチング工程）
次いで、エッチング液として酒石酸水溶液を使用し、フォトリソグラフィー及びエッチング工程によりメサ形状の発光部を形成する。そうすると、エッチングはストッパー層１５で止まるので、得られる基板の順メサ部分の断面図は図１（ｂ）に示したとおりとなるが、この順メサ部分と直角な部分は図１（ｃ）に示したように逆メサ構造となっている。
【００３６】
３．絶縁膜形成工程
次いで、図１（ｄ）に示したように、発光部が形成された基板の表面全体に、例えばＳｉ３Ｎ４膜で絶縁膜１８を形成する。なお、この絶縁膜１８としては、Ｓｉ３Ｎ４以外にＳｉＯ２膜やＡｌ２Ｏ３膜を使用でき、当業者が適宜決定して採用すればよい。
【００３７】
４．コンタクトホール及びＰ側個別電極及びＮ側共通電極形成工程
更に、図１（ｅ）に示したように、この絶縁膜１８に対し、フォトリソグラフィー及びエッチング工程により発光部にコンタクトホール１９を形成し、例えばリフトオフ法によりコンタクトホール１９上及び絶縁膜上１８にＰ側個別電極２０としてＴｉ２００Å、Ａｕ５０Å、Ｚｎ２００Å、Ａｕ１．２μｍの層を形成し、次いで、ＧａＡｓ基板の裏面にＮ側共通電極２１として例えば、Ｔｉ２００Å，Ａｕ５０Å，Ｎｉ５０Å，Ｇｅ１００Å，Ａｕ０．５μｍの層を形成して、両者同時に４５０℃前後の熱処理でＡｕ合金化してそれぞれの電極を形成することにより本発明のメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイ１０が完成される。
【００３８】
ここで、図２に示すように、発光部形成工程（第1エッチング工程）と絶縁膜形成工程の間に、前記Ｐ型Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓストッパー層１５の除去を行う工程（第2のエッチング工程）を追加することができる。図２（a）は、図1（b）に示す第1エッチング工程に相当する。図２（ｂ）が上記第２エッチング工程に相当する。
【００３９】
発光部形成工程（第1のエッチング工程）で用いたエッチング用のマスクを残したまま、もしくは新たなエッチチング用のマスクを形成し、エッチング液として例えば予め設定した濃度の塩酸を使用したエッチング工程を行うことにより、図２（ｂ）に示すように隣接する前記発光部の間の領域において露出したストッパー層１５を除去する。エッチング液は、塩酸以外にもストッパー層１５とその下の発光層１４との間で選択性があるものを用いることができる。この工程によって発光層１４が露出するまでエッチングすると、発光部の下に位置するストッパー層１５は残るが、発光部の周囲のストッパー層１５は除去される。発光部の周囲のストッパー層１５が除去されることにより、発光部間においてストッパー層１５を介在した漏れ電流の発生を抑制することができる。
【００４０】
このようにして得られた本発明のメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイ１０の発光効率は、ストッパー層を有しない従来例のものと比してほとんど差異がないことが確認された。
【００４１】
なお、以上のようにして得られたメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイの平面パターンは、図３に示した従来例のものと同様の中心電極型（発光部の中心に電極が位置する形態）の構成となるが、周知の周辺電極型（上記特許文献１参照）のものとすることも可能である。また、ここではＡｌＧａＡｓ系化合物半導体を使用した実施例を説明したが、これに限らず周知のＧａＰ系、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＧａＡｓＰ系化合物半導体等の場合にも適用可能であることは当業者にとり自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明はＡｌＧａＡｓ系化合物半導体を使用する場合に限らず周知のＧａＰ系、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＧａＡｓＰ系化合物半導体等の場合にも適用可能である。また、電子写真方式を採用した光プリンタ等の光源等への利用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｅ）は、本発明のメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイの製造工程を説明するための１発光素子部分の断面図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｅ）は、本発明の別形態のメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイの製造工程を説明するための１発光素子部分の断面図である。
【図３】図３は、特許文献２に従来例として開示されているメサ分離型モノリシック発光ダイオードアレイの一部を示す図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】図４は、特許文献２に開示されているメサ分離型モノリシック発光ダイオードの一部を示す図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０    メサ分離型モノリシック発光ダイオード
１１    Ｎ−ＧａＡｓ基板
１２    Ｎ−ＧａＡｓバッファ層
１３    Ｎ−Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓクラッド層
１４    発光層
１５    Ｐ−Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓストッパー層
１６    Ｐ−Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓクラッド層
１７    Ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
１８    絶縁膜
１９    コンタクトホール
２０    個別電極コンタクトホール
２１    共通電極
【図１】
2005019946.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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